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Arquea metanógena

Las arqueas metanógenas son microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energía mediante la producción de gas natural, el metano (CH4). Gracias a esta característica, este tipo de organismo tiene una gran importancia ecológica, ya que interviene en la degradación de la materia orgánica en la naturaleza, y en el ciclo del carbono.[1]

 
Metanógenos
Taxonomía
Dominio: Archaea
Filo: Euryarchaeota
Clases, órdenes, familias y géneros

    Orden Methanobacteriales
        Sin clasificar
            Candidatus Methanoregula
            Methanocalculus
        Familia Methanobacteriaceae
            Methanobacterium
            Methanobrevibacter
            Methanosphaera
            Methanothermobacter
        Familia Methanothermaceae
            Methanothermus

    Orden Methanococcales
        Familia Methanocaldococcaceae
            Methanocaldococcus
            Methanotorris
        Familia Methanococcaceae
            Methanococcus
            Methanothermococcus

    Orden Methanomicrobiales
        Familia Methanocorpusculaceae
            Methanocorpusculum
        Familia Methanomicrobiaceae
            Methanoculleus
            Methanofollis
            Methanogenium
            Methanolacinia
            Methanomicrobium
            Methanoplanus
        Familia Methanospirillaceae
            Methanospirillum
    Orden Methanosarcinales
        Familia Methanosaetaceae
            Methanosaeta
        Familia Methanosarcinaceae
            Methanimicrococcus
            Methanococcoides
            Methanohalobium
            Methanohalophilus
            Methanolobus
            Methanomethylovorans
            Methanosalsum
            Methanosarcina

    Orden Methanopyrales
        Familia Methanopyraceae
            Methanopyrus

Las metanógenas son un grupo filogenéticamente heterogéneo en donde el factor común que las une es la producción de gas metano y sus cofactores únicos.[2]

Historia

El padre Carlo Campi notó que en lago Maggiore aparecían burbujas provenientes del fondo con extrañas propiedades. Inmediatamente, avisó a su amigo Alessandro Volta, quién tenía interés en este tipo de sucesos.[3]

En 1776, Alessandro Volta escribió sus descubrimientos. Su experimento consistía en remover el fondo de la orilla del lago y recoger las burbujas que se desprendían en una botella de boca muy ancha, posteriormente introducía una vela y apreciaba la formación de una llama azul, en la boca de la botella. Por tanto, el gas obtenido debía ser menos denso que el aire y necesitaba estar en contacto con la atmósfera para entrar en ignición.[3]

Volta logró, con sus estudios en combustible gaseoso, interesar a otros científicos en este campo y con ello iniciar la fundación del estudio de la formación biológica del metano. Sin embargo no fue el único en hacer estas observaciones en los gases producidos en ciertos ríos y lagos. Thomas Paine y George Washington llegaron a sus mismos resultados en los arroyos y ríos de Rocky Hill el 5 de noviembre del año de 1783, sin conocer el trabajo de Volta.[3]

El primero en identificar que el metano era formado por un proceso microbiológico, fue un estudiante de Pasteur, Béchamp en 1868. Estudió previamente la descomposición del azúcar y agregó parte de una muestra que obtuvo de una laguna, posteriormente, cuando estas sustancias fueron agregadas a un medio inorgánico simple y encubado en ausencia de oxígeno, observó que la fermentación resultante era producida por organismos vivos a los que nombró Microzyma cretae. Los describió superficialmente, pero resaltó que estos microorganismos podían realizar una descomposición a partir de alcohol etílico y carbonato de calcio, produciendo metano, CO2 y ciertos ácidos. Esta fue la primera demostración de la formación biológica del metano a partir de simples compuestos de carbono.[3]

Tappeiner (1882) logró probar de modo más adecuado el origen del metano a partir de microorganismos, identificando en diferentes lugares (como intestinos de animales) a seres anaerobios con características similares (productores de metano) que solo reacionan en medios sin tratamientos específicos. Posteriormente, se identificarían como los metanógenos que hoy conocemos.

Los experimentos de Popoff, Tappeiner, y Hoppe-Seyler en la utilización de celulosa para los cultivos de los microorganismos recolectados, demostraron que es posible la formación de metano, CO2, hidrógeno y ácidos en el interior de los intestinos de animales herbívoros.[3]

En 1933 se aislaron organismos que podían oxidar hidrógeno y reducir compuestos monocarbonados como el dióxido de carbono, monóxido de carbono, formiato, formol y metanol (Stephenson & Stickland).

En 1936, año que marcó el principio de la era moderna en el estudio de la metanogénesis, H.A Barrer informó de sus experimentos con metanógenos y brindó las bases científicas para el estudio de la fisiología de la metanogénesis. Una importante aportación de este científico fue el desarrollo de un proceso adecuado para crear un medio de cultivo apropiado para el crecimiento de los metanógenos.

En la década de los cincuenta comenzó la era definitiva en el examen de la conversión del grupo metil a metano, en los laboratorios Baker. Diez años después se extendió exhaustivamente el estudio de la fisiología de las células de los metanógenos y las enzimas que intervienen en la metanogénesis. En los setenta el estudio de la metanogénesis logró relevantes descubrimientos en las coenzimas y condiciones atmosféricas para la adecuada producción de metanógenos. Así como identificación de las arqueobacterias y con ellas la filogenia de los metanógenos.[3]

Filogenia y diversidad

De acuerdo al análisis filogenético del ARN ribosómico 16S, las metanógenas están clasificadas en el grupo de los procariontes, y en el subgrupo de las arqueas. Esto se puede confirmar al ver que las metanógenas son microorganismos unicelulares sin núcleo definido y su pared celular no es de peptidoglucano como la de las bacterias, sino de pseudomureína.

Más específicamente, dentro del dominio Archaea, existen cuatro filos diferentes: el filo Crenarchaeota, formado por especies marinas y por hipertermófilos, el filo Korarchaeota constituido hasta donde sabemos por termófilos, el filo Nanoarchaeota que comprende una sola especie y el filo Euryarchaeota, donde justamente se encuentran las metanógenas y los halófilos extremos.

Actualmente, se conocen cerca de sesenta especies diferentes de metanógenas, y a pesar de constituir un grupo filogenético coherente, este grupo no es homogéneo. Existen grandes diferencias fisiológicas y morfológicas entre ellas. Por este motivo se han hecho cuatro subdivisiones, formando las siguientes clases: Methanobacteria, Methanococci, Methanomicrobia y Methanopyri. Estas clases se subdividen en órdenes y familias. De la misma forma, las familias se dividen en géneros, y después en especies.[2]

Lo interesante, es que en cada familia y hasta en cada género, encontramos organismos con morfología diferente, por ejemplo, dentro de la familia Methanomicrobiaceae, hay metanogenas en forma de cocos, de espiral y de bastón. De la misma forma, dichos microorganismos, se encuentran en diferentes ambientes, y por ende, tienen metabolismos diferentes, al reducir sustratos diferentes para obtener metano.

Metanogénesis

La característica que identifica a las metanógenas es su metabolismo productor de metano (CH4). La generación de este hidrocarburo no es realmente el objetivo de dichas arqueas, en realidad la función de este proceso metabólico es la obtención de energía en forma de ATP, o de moléculas destinadas para la biosíntesis.[4]​ Generalmente esta reacción se realiza a partir de dióxido de carbono (CO2) y de hidrógeno (H2), donde el CO2 es un aceptor de electrones que es reducido gracias a los electrones suministrados por H2. Puede considerarse, por tanto, una respiración anaeróbica.[5]​ De forma simplificada, la reacción de este proceso, puede ser escrita de la siguiente manera:[3]

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Pero existen otras formas de realizar la metanogénesis según los sustratos que se encuentren en el medio, por ejemplo se puede efectuar a partir de formato (HCOO - ), de monóxido de carbono (CO), de piruvato (CH3COOCOH), de metanol (CH3OH), de acetato (CH3COO - ), entre otros. Dado que se utilizan compuestos orgánicos, pueden considerarse fermentaciones, como en el caso del ácido acético:[5]

CH3COOH → CH4 + CO2

Estas diversas reacciones no suceden espontáneamente, por el contrario, la flecha de la reacción es en realidad, una especie de resumen de múltiples reacciones que tienen lugar dentro de las metanógenas. Y para que estas reacciones se realicen, necesitan ciertas coenzimas exclusivas de las metanógenas, que se dividen en dos tipos, el primero contiene a los portadores C1 que transportan los carbonos desde el sustrato inicial hasta el metano. En este tipo de portadores encontramos al metanofurano, a la tetrahidrometanopterina, coenzima M (CoM). El otro tipo de coenzimas exclusivas son las coenzimas redox que suministran los electrones necesarios para la reducción de CO2 a CH4 y que intervienen en las diferentes etapas de la metanogénesis, las cuales son el factor 420 (F420), la coenzima B (CoB), el complejo enzimático metil-reductasa así como la coenzima F430.

Ecología

Hábitats

Sedimentos acuosos. En los sedimentos, en el fondo de lagos, ríos y charcas, donde organismos anaerobios aprovechan los desechos de organismos aerobios. Primero bacterias fermentativas sintetizan enzimas hidrolíticas, catalizando la degradación de polímeros complejos en monómeros. Después fermentan los productos solubles a H2 y CO2, mediante la transferencia interespecie de H2 (bacterias acetogénicas productoras de H2 catalizan la oxidación de alcoholes y ácidos grasos) obteniendo H2, CO2 y ácidos grasos que finalmente las metanógenas ocupan para producir metano.

Habitats marinos. Se presentan del mismo modo que en los sedimentos acuosos, pero con especies halerantes y halofóbicas. Otro tipo se encuentra sobre todo en fuentes ricas en sulfato, como las chimeneas marinas. Las metanógenas generan metano a partir de aminas metiladas, aldehídos y tioles. Las diferentes reacciones no son hechas por una sola especie, sino la interacción de varios microorganismos, muchos de ellos no estudiados aún.

Animales rumiantes. Polímeros (como la celulosa) que se encuentran en el rumen de los rumiantes (vaca, ñu, oveja, etc.) son fermentados por bacterias a cadenas más cortas, como ácidos grasos, H2 y CO2, que las metanógenas ocupan, desechando metano. Esto le sirve al animal para tener acetato, propionato y butirato como fuente de energía. Los gases, dióxido de carbono y metano, son desechados por el animal mediante eructos y en los excrementos.

Termitas. Algunas termitas, como las Xylophagous spp. tienen densas poblaciones de distintos procariontes en su sistema digestivo para poder digerir los polímeros complejos de la madera. Las metanógenas no están directamente en los estómagos de las termitas, sino dentro de alguna bacteria o protozoario que a su vez está dentro de la termita.

Otros animales. Se encuentran en alguna parte del tracto digestivo de muchos herbívoros, como el caballo o nosotros. En el humano, los polímeros indigeribles, provenientes de alimentos como el frijol, van al colon, donde son fermentados por otro consorcio de microorganismos, que incluye metanógenas. Esto ocurre en alrededor del 30-40 % de la población humana, y el metano es expulsado mediante flatulencias.

La metanogénesis y el ciclo del carbono

La conversión de CO2 en CH4 por las metanógenas hace que el ciclo del carbono, las metanógenas y la metanogénesis estén íntimamente ligados.

Las metanógenas son parte importante del ciclo del carbono, ya que retornan este a la atmósfera desde condiciones anaeróbicas, en vez de que se acumule gradualmente en los lechos acuosos y atmósfera. Debido a las relaciones simbióticas que mantienen con organismos tales como el ganado y termitas, otra gran cantidad de metano es liberado.

En el caso del metano producido en fondos marinos o lechos de lagos, la mayoría (alrededor del 90 %) es consumido por las arqueas metanotrópicas, en una serie de reacciones de oxidación de 2-electrones. Dichas arqueas se encuentran por lo general en el límite entre medios anaerobios y aerobios y son organismos quimioheterótrofos. Oxidan el CH4 y producen CO2, pero no generan H2 por lo cual no se trata del proceso inverso de la metanogénesis.

En algunos hábitats, no todo el metano es consumido y alcanza la atmósfera. Esto se da principalmente en sedimentos pantanosos y en sembradíos de arroz. El metano puede difundirse fuera de los sedimentos y alcanzar la atmósfera antes de oxidarse, ser transportado directamente en burbujas o salir del sistema anaeróbico a través del sistema vascular de las plantas.

El metano producido por metanógenas en el interior de los sistemas digestivos de algunos mamíferos, como los rumiantes y los seres humanos, se libera directamente a la atmósfera en forma de gases intestinales expulsados mediante eructos u evacuaciones. Un proceso de simbiosis similar se da en las termitas, sin embargo, no se sabe con certeza cuanto metano liberan, ya que solo digieren por este medio una fracción del carbono, por lo cual, los valores estimados para su producción de metano no son del todo certeros.

El metano atmosférico eventualmente alcanza la estratosfera, donde reacciona con radicales libres, comúnmente hidroxilos, formando CH3, mismo que puede participar en reacciones que lleven a la formación de ozono o, por el contrario, a su destrucción. Su interacción con el radical cloro provoca el agotamiento del ozono. La oxidación del metano en la estratosfera puede ser también una fuente importante del agua que forma nubes de hielo a una altura de 85 km.

Impacto global

El metano es un gas invernadero importante. Aunque su concentración atmosférica actual, 1,7 ppm (por volumen) es considerablemente menor que el índice de dióxido de carbono. Cada molécula de metano se considera entre 62 y 23 veces[6]​ más efectiva que el CO2 como gas de efecto invernadero. Por esto, es el segundo gas invernadero más importante, contribuyendo con un calentamiento del 25 % de lo que el dióxido de carbono hace.

El metano atmosférico a lo largo de los años puede medirse mediante burbujas de hielo en los polos a diferentes profundidades. A partir de esto se ha determinado su incremento en 1 % por año. Del mismo modo se sabe que se mantenía relativamente constante a 0,8 ppm de 1600 a 1850, cuando empezó a incrementarse hasta el 1,7 ppm actual.

El punto obvio es que el metano atmosférico se encuentra en una concentración no vista desde hace 160 000 años. Semejante variable puede asociarse de inmediato con la actividad humana, como es fácil hacer en estos tiempos. Sin embargo, contrario a lo que el pensamiento común dictaría, esto no se debe directamente a nuestras actividades industriales, sino al inocente e inadvertido metabolismo de las metanógenas.

El rumen del ganado, los sembradíos de arroz son de los hábitats donde el metano producto de la metanogénesis es liberado a la atmósfera. Hábitats que corresponden a una parte importante de la fuente de alimento humana, y que por consiguiente han aumentado su cantidad conforme los requisitos de la población mundial. A lo cual se suma producido por desechos enterrados.

Aunque su producción sea biogénica, en última instancia es causada por el ser humano. Si al total de emisiones quitamos aquellas que directa o indirectamente son causadas por nosotros, nos encontramos con que el total antropogénico se estima en 302-715×1012 g/año. Producto de procesos y desperdicios industriales, ganado, sembradíos de arroz y quema de biomasa, principalmente.

El cambio climático es un tema controvertido, complejo y relacionado con intereses científicos, políticos, económicos y sociales de toda la humanidad, por lo que su discusión es un proceso lento (demasiado lento) y complicado. Sin embargo, podrían tomarse medidas respecto a las emisiones de metano. Un primer paso sería empezar por el ganado, donde ya se han logrado modestos decrementos al tratarlos con antibióticos ionopóricos. De igual modo, puede ser que adoptar ciertas prácticas en el manejo de cultivos de arroz reduzca sus emisiones de metano.

Se trata de un asunto serio en el cual desafortunadamente impera la ignorancia. Las metanogénesis ha existido desde etapas tempranas de la vida y el metano es parte importante del ciclo del carbono al evitar que el CO2 quede atrapado en los sedimentos y el ciclo se detenga. Afortunadamente, se está investigando al respecto y existen proyectos para reducir la producción de metano en los cultivos de arroz y los ranchos de ganado.

Biotecnología

Resulta irónico que, por un lado, los hidrocarburos que utilizamos como fuente de energía estén agotándose y, por el otro, un gas útil para el mismo propósito se esté produciendo y liberando a la atmósfera en concentraciones potencialmente peligrosas. La idea de utilizar a las metanógenas para producir metano no es nueva. Ya existen "colectores de metano" que utilizan el estiércol de vacas y chivos para extraer metano y utilizarlo como combustible. En los basureros urbanos de materia orgánica y en los lodos de purificadoras de aguas negras es común encontrar metanógenas, por lo que existen algunos sistemas para captar el metano y aprovecharlo. Desafortunadamente, utilizar a estas archeas ha resultado más difícil de lo que parecía, por lo que más investigación es necesaria.

Referencias

  1. Joseph W. Lengeler (1999). Biology of the Prokaryotes. Stuttgart: Thieme. p. 796. ISBN 0632053577. 
  2. Boone, DR (2001). «Class I. Methanobacteria class. nov.». En DR Boone and RW Castenholz, eds., ed. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 1: The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria (2nd edición). Nueva York: Springer Verlag. pp. p. 169. ISBN 978-0387987712. 
  3. Ferry, James editor (1993) Methanogenesis: Ecology, Physiology, Biochemistry, & Genetics. Chapman & Hall Inc, New York. ISBN 978-0-412-03531-9.
  4. Thauer, R. K. and Shima, S. 2006. "Biogeochemistry: Methane and microbes". Nature, 440: 878-879
  5. Stanier, R. Y., Doudoroff, M. & Adelberg, E. A. 1977. Microbiología, 2ª edición. Ed. Aguilar, 932 pp. ISBN 84-03-20256-3
  6. . www.grida.no. Archivado desde el original el 20 de julio de 2016. Consultado el 11 de enero de 2017. 
  •   Datos: Q1169785

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Las arqueas metanogenas son microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energia mediante la produccion de gas natural el metano CH4 Gracias a esta caracteristica este tipo de organismo tiene una gran importancia ecologica ya que interviene en la degradacion de la materia organica en la naturaleza y en el ciclo del carbono 1 MetanogenosTaxonomiaDominio ArchaeaFilo EuryarchaeotaClases ordenes familias y generosMethanobacteria Orden Methanobacteriales Sin clasificar Candidatus Methanoregula Methanocalculus Familia Methanobacteriaceae Methanobacterium Methanobrevibacter Methanosphaera Methanothermobacter Familia Methanothermaceae Methanothermus Methanococci Orden Methanococcales Familia Methanocaldococcaceae Methanocaldococcus Methanotorris Familia Methanococcaceae Methanococcus Methanothermococcus Methanomicrobia Orden Methanomicrobiales Familia Methanocorpusculaceae Methanocorpusculum Familia Methanomicrobiaceae Methanoculleus Methanofollis Methanogenium Methanolacinia Methanomicrobium Methanoplanus Familia Methanospirillaceae Methanospirillum Orden Methanosarcinales Familia Methanosaetaceae Methanosaeta Familia Methanosarcinaceae Methanimicrococcus Methanococcoides Methanohalobium Methanohalophilus Methanolobus Methanomethylovorans Methanosalsum Methanosarcina Methanopyri Orden Methanopyrales Familia Methanopyraceae Methanopyrus editar datos en Wikidata Las metanogenas son un grupo filogeneticamente heterogeneo en donde el factor comun que las une es la produccion de gas metano y sus cofactores unicos 2 Indice 1 Historia 2 Filogenia y diversidad 3 Metanogenesis 4 Ecologia 4 1 Habitats 4 2 La metanogenesis y el ciclo del carbono 4 3 Impacto global 4 4 Biotecnologia 5 ReferenciasHistoria EditarEl padre Carlo Campi noto que en lago Maggiore aparecian burbujas provenientes del fondo con extranas propiedades Inmediatamente aviso a su amigo Alessandro Volta quien tenia interes en este tipo de sucesos 3 En 1776 Alessandro Volta escribio sus descubrimientos Su experimento consistia en remover el fondo de la orilla del lago y recoger las burbujas que se desprendian en una botella de boca muy ancha posteriormente introducia una vela y apreciaba la formacion de una llama azul en la boca de la botella Por tanto el gas obtenido debia ser menos denso que el aire y necesitaba estar en contacto con la atmosfera para entrar en ignicion 3 Volta logro con sus estudios en combustible gaseoso interesar a otros cientificos en este campo y con ello iniciar la fundacion del estudio de la formacion biologica del metano Sin embargo no fue el unico en hacer estas observaciones en los gases producidos en ciertos rios y lagos Thomas Paine y George Washington llegaron a sus mismos resultados en los arroyos y rios de Rocky Hill el 5 de noviembre del ano de 1783 sin conocer el trabajo de Volta 3 El primero en identificar que el metano era formado por un proceso microbiologico fue un estudiante de Pasteur Bechamp en 1868 Estudio previamente la descomposicion del azucar y agrego parte de una muestra que obtuvo de una laguna posteriormente cuando estas sustancias fueron agregadas a un medio inorganico simple y encubado en ausencia de oxigeno observo que la fermentacion resultante era producida por organismos vivos a los que nombro Microzyma cretae Los describio superficialmente pero resalto que estos microorganismos podian realizar una descomposicion a partir de alcohol etilico y carbonato de calcio produciendo metano CO2 y ciertos acidos Esta fue la primera demostracion de la formacion biologica del metano a partir de simples compuestos de carbono 3 Tappeiner 1882 logro probar de modo mas adecuado el origen del metano a partir de microorganismos identificando en diferentes lugares como intestinos de animales a seres anaerobios con caracteristicas similares productores de metano que solo reacionan en medios sin tratamientos especificos Posteriormente se identificarian como los metanogenos que hoy conocemos Los experimentos de Popoff Tappeiner y Hoppe Seyler en la utilizacion de celulosa para los cultivos de los microorganismos recolectados demostraron que es posible la formacion de metano CO2 hidrogeno y acidos en el interior de los intestinos de animales herbivoros 3 En 1933 se aislaron organismos que podian oxidar hidrogeno y reducir compuestos monocarbonados como el dioxido de carbono monoxido de carbono formiato formol y metanol Stephenson amp Stickland En 1936 ano que marco el principio de la era moderna en el estudio de la metanogenesis H A Barrer informo de sus experimentos con metanogenos y brindo las bases cientificas para el estudio de la fisiologia de la metanogenesis Una importante aportacion de este cientifico fue el desarrollo de un proceso adecuado para crear un medio de cultivo apropiado para el crecimiento de los metanogenos En la decada de los cincuenta comenzo la era definitiva en el examen de la conversion del grupo metil a metano en los laboratorios Baker Diez anos despues se extendio exhaustivamente el estudio de la fisiologia de las celulas de los metanogenos y las enzimas que intervienen en la metanogenesis En los setenta el estudio de la metanogenesis logro relevantes descubrimientos en las coenzimas y condiciones atmosfericas para la adecuada produccion de metanogenos Asi como identificacion de las arqueobacterias y con ellas la filogenia de los metanogenos 3 Filogenia y diversidad EditarDe acuerdo al analisis filogenetico del ARN ribosomico 16S las metanogenas estan clasificadas en el grupo de los procariontes y en el subgrupo de las arqueas Esto se puede confirmar al ver que las metanogenas son microorganismos unicelulares sin nucleo definido y su pared celular no es de peptidoglucano como la de las bacterias sino de pseudomureina Mas especificamente dentro del dominio Archaea existen cuatro filos diferentes el filo Crenarchaeota formado por especies marinas y por hipertermofilos el filo Korarchaeota constituido hasta donde sabemos por termofilos el filo Nanoarchaeota que comprende una sola especie y el filo Euryarchaeota donde justamente se encuentran las metanogenas y los halofilos extremos Actualmente se conocen cerca de sesenta especies diferentes de metanogenas y a pesar de constituir un grupo filogenetico coherente este grupo no es homogeneo Existen grandes diferencias fisiologicas y morfologicas entre ellas Por este motivo se han hecho cuatro subdivisiones formando las siguientes clases Methanobacteria Methanococci Methanomicrobia y Methanopyri Estas clases se subdividen en ordenes y familias De la misma forma las familias se dividen en generos y despues en especies 2 Lo interesante es que en cada familia y hasta en cada genero encontramos organismos con morfologia diferente por ejemplo dentro de la familia Methanomicrobiaceae hay metanogenas en forma de cocos de espiral y de baston De la misma forma dichos microorganismos se encuentran en diferentes ambientes y por ende tienen metabolismos diferentes al reducir sustratos diferentes para obtener metano Metanogenesis EditarArticulo principal Metanogenesis La caracteristica que identifica a las metanogenas es su metabolismo productor de metano CH4 La generacion de este hidrocarburo no es realmente el objetivo de dichas arqueas en realidad la funcion de este proceso metabolico es la obtencion de energia en forma de ATP o de moleculas destinadas para la biosintesis 4 Generalmente esta reaccion se realiza a partir de dioxido de carbono CO2 y de hidrogeno H2 donde el CO2 es un aceptor de electrones que es reducido gracias a los electrones suministrados por H2 Puede considerarse por tanto una respiracion anaerobica 5 De forma simplificada la reaccion de este proceso puede ser escrita de la siguiente manera 3 CO2 4H2 CH4 2H2O Pero existen otras formas de realizar la metanogenesis segun los sustratos que se encuentren en el medio por ejemplo se puede efectuar a partir de formato HCOO de monoxido de carbono CO de piruvato CH3COOCOH de metanol CH3OH de acetato CH3COO entre otros Dado que se utilizan compuestos organicos pueden considerarse fermentaciones como en el caso del acido acetico 5 CH3COOH CH4 CO2 Estas diversas reacciones no suceden espontaneamente por el contrario la flecha de la reaccion es en realidad una especie de resumen de multiples reacciones que tienen lugar dentro de las metanogenas Y para que estas reacciones se realicen necesitan ciertas coenzimas exclusivas de las metanogenas que se dividen en dos tipos el primero contiene a los portadores C1 que transportan los carbonos desde el sustrato inicial hasta el metano En este tipo de portadores encontramos al metanofurano a la tetrahidrometanopterina coenzima M CoM El otro tipo de coenzimas exclusivas son las coenzimas redox que suministran los electrones necesarios para la reduccion de CO2 a CH4 y que intervienen en las diferentes etapas de la metanogenesis las cuales son el factor 420 F420 la coenzima B CoB el complejo enzimatico metil reductasa asi como la coenzima F430 Ecologia EditarHabitats Editar Sedimentos acuosos En los sedimentos en el fondo de lagos rios y charcas donde organismos anaerobios aprovechan los desechos de organismos aerobios Primero bacterias fermentativas sintetizan enzimas hidroliticas catalizando la degradacion de polimeros complejos en monomeros Despues fermentan los productos solubles a H2 y CO2 mediante la transferencia interespecie de H2 bacterias acetogenicas productoras de H2 catalizan la oxidacion de alcoholes y acidos grasos obteniendo H2 CO2 y acidos grasos que finalmente las metanogenas ocupan para producir metano Habitats marinos Se presentan del mismo modo que en los sedimentos acuosos pero con especies halerantes y halofobicas Otro tipo se encuentra sobre todo en fuentes ricas en sulfato como las chimeneas marinas Las metanogenas generan metano a partir de aminas metiladas aldehidos y tioles Las diferentes reacciones no son hechas por una sola especie sino la interaccion de varios microorganismos muchos de ellos no estudiados aun Animales rumiantes Polimeros como la celulosa que se encuentran en el rumen de los rumiantes vaca nu oveja etc son fermentados por bacterias a cadenas mas cortas como acidos grasos H2 y CO2 que las metanogenas ocupan desechando metano Esto le sirve al animal para tener acetato propionato y butirato como fuente de energia Los gases dioxido de carbono y metano son desechados por el animal mediante eructos y en los excrementos Termitas Algunas termitas como las Xylophagous spp tienen densas poblaciones de distintos procariontes en su sistema digestivo para poder digerir los polimeros complejos de la madera Las metanogenas no estan directamente en los estomagos de las termitas sino dentro de alguna bacteria o protozoario que a su vez esta dentro de la termita Otros animales Se encuentran en alguna parte del tracto digestivo de muchos herbivoros como el caballo o nosotros En el humano los polimeros indigeribles provenientes de alimentos como el frijol van al colon donde son fermentados por otro consorcio de microorganismos que incluye metanogenas Esto ocurre en alrededor del 30 40 de la poblacion humana y el metano es expulsado mediante flatulencias La metanogenesis y el ciclo del carbono Editar La conversion de CO2 en CH4 por las metanogenas hace que el ciclo del carbono las metanogenas y la metanogenesis esten intimamente ligados Las metanogenas son parte importante del ciclo del carbono ya que retornan este a la atmosfera desde condiciones anaerobicas en vez de que se acumule gradualmente en los lechos acuosos y atmosfera Debido a las relaciones simbioticas que mantienen con organismos tales como el ganado y termitas otra gran cantidad de metano es liberado En el caso del metano producido en fondos marinos o lechos de lagos la mayoria alrededor del 90 es consumido por las arqueas metanotropicas en una serie de reacciones de oxidacion de 2 electrones Dichas arqueas se encuentran por lo general en el limite entre medios anaerobios y aerobios y son organismos quimioheterotrofos Oxidan el CH4 y producen CO2 pero no generan H2 por lo cual no se trata del proceso inverso de la metanogenesis En algunos habitats no todo el metano es consumido y alcanza la atmosfera Esto se da principalmente en sedimentos pantanosos y en sembradios de arroz El metano puede difundirse fuera de los sedimentos y alcanzar la atmosfera antes de oxidarse ser transportado directamente en burbujas o salir del sistema anaerobico a traves del sistema vascular de las plantas El metano producido por metanogenas en el interior de los sistemas digestivos de algunos mamiferos como los rumiantes y los seres humanos se libera directamente a la atmosfera en forma de gases intestinales expulsados mediante eructos u evacuaciones Un proceso de simbiosis similar se da en las termitas sin embargo no se sabe con certeza cuanto metano liberan ya que solo digieren por este medio una fraccion del carbono por lo cual los valores estimados para su produccion de metano no son del todo certeros El metano atmosferico eventualmente alcanza la estratosfera donde reacciona con radicales libres comunmente hidroxilos formando CH3 mismo que puede participar en reacciones que lleven a la formacion de ozono o por el contrario a su destruccion Su interaccion con el radical cloro provoca el agotamiento del ozono La oxidacion del metano en la estratosfera puede ser tambien una fuente importante del agua que forma nubes de hielo a una altura de 85 km Impacto global Editar El metano es un gas invernadero importante Aunque su concentracion atmosferica actual 1 7 ppm por volumen es considerablemente menor que el indice de dioxido de carbono Cada molecula de metano se considera entre 62 y 23 veces 6 mas efectiva que el CO2 como gas de efecto invernadero Por esto es el segundo gas invernadero mas importante contribuyendo con un calentamiento del 25 de lo que el dioxido de carbono hace El metano atmosferico a lo largo de los anos puede medirse mediante burbujas de hielo en los polos a diferentes profundidades A partir de esto se ha determinado su incremento en 1 por ano Del mismo modo se sabe que se mantenia relativamente constante a 0 8 ppm de 1600 a 1850 cuando empezo a incrementarse hasta el 1 7 ppm actual El punto obvio es que el metano atmosferico se encuentra en una concentracion no vista desde hace 160 000 anos Semejante variable puede asociarse de inmediato con la actividad humana como es facil hacer en estos tiempos Sin embargo contrario a lo que el pensamiento comun dictaria esto no se debe directamente a nuestras actividades industriales sino al inocente e inadvertido metabolismo de las metanogenas El rumen del ganado los sembradios de arroz son de los habitats donde el metano producto de la metanogenesis es liberado a la atmosfera Habitats que corresponden a una parte importante de la fuente de alimento humana y que por consiguiente han aumentado su cantidad conforme los requisitos de la poblacion mundial A lo cual se suma producido por desechos enterrados Aunque su produccion sea biogenica en ultima instancia es causada por el ser humano Si al total de emisiones quitamos aquellas que directa o indirectamente son causadas por nosotros nos encontramos con que el total antropogenico se estima en 302 715 1012 g ano Producto de procesos y desperdicios industriales ganado sembradios de arroz y quema de biomasa principalmente El cambio climatico es un tema controvertido complejo y relacionado con intereses cientificos politicos economicos y sociales de toda la humanidad por lo que su discusion es un proceso lento demasiado lento y complicado Sin embargo podrian tomarse medidas respecto a las emisiones de metano Un primer paso seria empezar por el ganado donde ya se han logrado modestos decrementos al tratarlos con antibioticos ionoporicos De igual modo puede ser que adoptar ciertas practicas en el manejo de cultivos de arroz reduzca sus emisiones de metano Se trata de un asunto serio en el cual desafortunadamente impera la ignorancia Las metanogenesis ha existido desde etapas tempranas de la vida y el metano es parte importante del ciclo del carbono al evitar que el CO2 quede atrapado en los sedimentos y el ciclo se detenga Afortunadamente se esta investigando al respecto y existen proyectos para reducir la produccion de metano en los cultivos de arroz y los ranchos de ganado Biotecnologia Editar Resulta ironico que por un lado los hidrocarburos que utilizamos como fuente de energia esten agotandose y por el otro un gas util para el mismo proposito se este produciendo y liberando a la atmosfera en concentraciones potencialmente peligrosas La idea de utilizar a las metanogenas para producir metano no es nueva Ya existen colectores de metano que utilizan el estiercol de vacas y chivos para extraer metano y utilizarlo como combustible En los basureros urbanos de materia organica y en los lodos de purificadoras de aguas negras es comun encontrar metanogenas por lo que existen algunos sistemas para captar el metano y aprovecharlo Desafortunadamente utilizar a estas archeas ha resultado mas dificil de lo que parecia por lo que mas investigacion es necesaria Referencias Editar Joseph W Lengeler 1999 Biology of the Prokaryotes Stuttgart Thieme p 796 ISBN 0632053577 a b Boone DR 2001 Class I Methanobacteria class nov En DR Boone and RW Castenholz eds ed Bergey s Manual of Systematic Bacteriology Volume 1 The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria 2nd edicion Nueva York Springer Verlag pp p 169 ISBN 978 0387987712 a b c d e f g Ferry James editor 1993 Methanogenesis Ecology Physiology Biochemistry amp Genetics Chapman amp Hall Inc New York ISBN 978 0 412 03531 9 Thauer R K and Shima S 2006 Biogeochemistry Methane and microbes Nature 440 878 879 a b Stanier R Y Doudoroff M amp Adelberg E A 1977 Microbiologia 2ª edicion Ed Aguilar 932 pp ISBN 84 03 20256 3 IPCC Third Assessment Report Climate Change 2001 www grida no Archivado desde el original el 20 de julio de 2016 Consultado el 11 de enero de 2017 Datos Q1169785 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Arquea metanogena amp oldid 147188627, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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